專利名稱：一種平流層懸浮充氣平臺太陽能發(fā)電站的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種平流層懸浮充氣平臺太陽能發(fā)電站，尤其是用纜繩控制懸浮 在大氣層的平流層的充氣平臺太陽能發(fā)電站。
背景技術：
目前，太陽能發(fā)電站以地面電站為主，但是，在地面上大量建造大型太陽能電站幾 乎是不可能的，由于氣候的原因，不是所有地區(qū)都有充足的陽光，而且對于土地資源本已十 分緊張的人類來說，不可能拿出大量的土地建設規(guī)模龐大的太陽能電站，就算是沒有多大 利用價值的沙漠，也逃不了風、云、雷、電、冰、霜、雪、雨、沙塵暴等氣候因素的影響，沙漠一 般距離人類集居地較遠，輸輸出線路長，也不是很理想的太陽能電站建設地，且不是所有國 家和地區(qū)都有沙膜。于是，眾多的科學家都把目光投向了太空將太陽能發(fā)電站搬到天上， 從宇宙中采集太陽能，即利用地球同步衛(wèi)星在軌道上吸收太陽能并發(fā)電，然后將電能以微 波或激光的形式傳回地球，這是一個非常完美的設想，但是，由于高昂的發(fā)射成本以及電能 傳輸的技術問題等原因，一直停留在設想階段，目前實用的空中太陽能發(fā)電主要用在人造 衛(wèi)星、宇宙飛船、太陽能試驗飛機等方面。在距離地面高度為10-50公里左右的大氣平流 層，云層很難到達這一高度，太陽每天照射12小時左右，年日照時間4300小時左右，這里空 氣干燥，灰塵和水汽很少，大氣流動平穩(wěn)，幾乎沒有有害氣體的影響，這是近空太陽能發(fā)電 的理想之地，所以很早就有人提出平流層太陽能發(fā)電站的構想，在平流層建太陽能電站與 同一規(guī)模的地面太陽能電站相比，接收的太陽能要高出5 10倍，雖然比同步軌道上日照 時間短，但這里距離地面很近，最近處僅僅十公里左右，電能可以用導線直接傳輸，比同步 軌道電站的傳輸方式簡單得多，電能傳輸效率高得多，建造成本低得多，對地面的安全影響 小得多，管理維護容易得多，有人設想用氣球、充氣平臺或飛艇裝上太陽能電池，就可以發(fā) 電用導線向地面輸送，普通氣球可靠性差，太陽能電池安裝難，由于光照強度不均勻，電池 間匹配難，連接地面與氣球之間的普通纜繩受風力影響大，所以平流層太陽能電站和衛(wèi)星 同步軌道電站一樣，目前仍停留在設想階段。
發(fā)明內容為了克服設想中的平流層太陽能電站的不足使人類第一次在地面上使用平流層 太陽能發(fā)電成為現實，本實用新型提供了一種上表面為近似平面的充氣平臺太陽能電站， 電能可以通過導線直接傳到地面換流站，再變?yōu)榻涣麟娺M入供電網絡，使人類利用平流層 太陽能發(fā)電成為現實，為人類短時間內擺脫能源危機和環(huán)境污染提供了一個解決方案。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是采用上表面為近似平面的充氣平臺，其上表面安裝有太陽能電池，主纜繩一端連 接于充氣平臺下面的支纜繩，另一端固定在地面纜繩固定點上，充氣平臺位于云層的上面， 在太陽的照射下，太陽能電池產生直流電經太陽能電池正極輸出線、太陽能電池負極輸出 線送到地面換流站，經過換流站將直流電變?yōu)榻涣骱?，由交流輸出線路將電能送出，太陽能電池正極輸出線、太陽能電池負極輸出線固定在主纜繩的線路夾具上。把平臺放到距地面 平流層空間，最好是18公里左右，那里風速很小，空氣密度也小，風的力量就顯得微不足 道，只考慮纜繩受風的影響；由于主纜繩的越上面受到的拉力越大，可以使主纜繩截面隨高 度增大而增大，使用上端大下端小的纜繩。
以下結合附圖
對本實用新型進一步說明。附圖是本實用新型示意圖。圖中1.充氣平臺，2.太陽能電池，3.主纜繩，4.太陽能電池正極輸出線，5.太陽 能電池負極輸出線，6.支纜繩，7.線路夾具，8.換流站，9.交流輸出線路，10.云層，11.地 面纜繩固定點，12.太陽。
具體實施方式
在附圖中，充氣平臺1上的上表面為近似平面，其上安裝有太陽能電池2，主纜繩 3—端連接于充氣平臺1下面的支纜繩6，另一端固定在地面纜繩固定點11上，充氣平臺1 位于云層10的上面，在太陽12的照射下，太陽能電池2產生直流電經太陽能電池正極輸出 線4、太陽能電池負極輸出線5的電流送到地面附近然后送入換流站8，經過換流站8將直 流電變?yōu)榻涣骱?，由交流輸出線路9將電能送出，太陽能電池正極輸出線4、太陽能電池負 極輸出線5固定在主纜繩3的線路夾具7上。把平臺放到距地面18公里左右的平流層空 間，那里風速很小，空氣密度也小，風的力量就顯得微不足道，只考慮纜繩受風的影響。充氣平臺的結構選擇及制造只要上表面近似平面就行，其他幾面形狀不重要，其 建造技術和如何上升到平流層可以參照飛艇或大型氣球技術，這些技術目前已非常成熟， 這里不在詳述。氣體的選擇從經濟角度講，氫氣是理想的選擇，雖然氫氣的安全性差些，由于平 臺運行在平流層，上面空氣稀薄，僅為地面的十幾分之一，使用氫氣的安全性比地面高得 多，萬一出現泄漏，對地面影響極小，從安全角度講，氦氣是最理想的氣體。太陽能電池的選擇為了減小電池重量，選用薄膜太陽能電池，也可以使用最新的 能夠把太陽能電池“印刷”在氣球上表面的技術，使太陽能電池的重量減少許多。主纜繩選擇本實用新型成功的關鍵在于主纜繩，所以主纜繩的選擇十分重要。前 蘇聯科學家在1895年提出來的天梯設想，2000年，美國國家宇航局描述了建造太空電梯的 概念，這需要極細的碳纖維制成的纜繩并能延伸到地球赤道上方36000公里。本實用新型 主纜繩的長度為18公里，比天梯方案纜繩長度短2000倍左右，也選用選碳纖維纜繩，完全 能夠滿足重量、強度的要求，比如現在有一種碳纖維纜繩可承受的拉力為17噸/平方厘米 左右，具有強度高，耐腐蝕，抗老化的特點，為了盡可能地減小風力的影響，本實施例只使用 一根纜繩，根據纜繩不同高度受到的拉力不同，越上面受力越大，越下面受力越小的特點， 把纜繩加工成底部截面積小、纜繩頂部截面積大的形狀，以達到即滿足受力要求又節(jié)約材 料、減輕纜繩重量、減小風力對纜繩的作用力的目的。導線的選擇由于每條導線長度為18千米，必須考慮導線自重，選鋁線為電能傳 輸導線，導線可固定在纜繩上，由纜繩承擔導線的部分重量。[0015] 根據常年氣象記錄資料，選擇氣象條件相對較好(常年風力較小)的地區(qū)作為 建造平流層的充氣平臺太陽能發(fā)電站的地點，在地面上制造平臺，可以參考飛艇或大型氣 球技術，氣壓調節(jié)裝置也采用飛艇的技術，不再詳述，不同的是在氣球上表面敷設太陽能電 池，太陽能電池敷設在地面上完成，最好是應用最新的太陽能電池制造技術，把太陽能電池 “印刷”在氣球的上表面；將建好的帶有太陽能電池的氣球與纜繩連接和鋁輸出線連接；選 一個天氣晴好大氣層無風或風力較小的日子，將一個氣球放到空中，靠氣球自身的浮力帶 著纜繩和輸出線升到平流層，將纜繩的一端固定在地面上，用輸出線引入地面換流站就可 以得到平流層的電能了，關于風力導致電站不穩(wěn)定的問題，本實施例已經選擇了碳纖維纜 繩，強度不是問題，也就是非常極端的情況下，在纜繩的任意一處風向都相同時，主纜繩上 受到的力也不很大，但極端情況基本不會出現，因為在18公里厚度的大氣層內，要使每一 高度風速最大且方向相同，是不可能的，實際情況是氣流的在各高度的速度和方向是不一 樣的，方向和大小變化無常，例如高度為3公里處風速為10米/秒，東風，高度為10公里的 空中風速為13米/秒，西風，纜繩在不同高度受到的風力大小方向各不相同，相互抵消后產 生的余量才對電站造成影響，這一影響也是有限的，由于本實施例的電站和傳統(tǒng)的水電站、 火電站有本質的區(qū)別，并且非常輕，無機械運動部件，所以因風力使氣球的前后左右上下運 動對于發(fā)電的影響非常有限，也可能影響陽光照射強度，從而影響電壓電流等變化，但這些 變化是意料之中的，是可以接受的。
權利要求1.一種平流層懸浮充氣平臺太陽能發(fā)電站，其特征是充氣平臺(1)上的上表面為近 似平面，其上安裝有太陽能電池(2)，主纜繩(3) —端連接于充氣平臺(1)下面的支纜繩 (6)，另一端固定在地面纜繩固定點(11)上，太陽能電池正極輸出線(4)、太陽能電池負極 輸出線(5)固定在主纜繩(3)的線路夾具(7)上。
2.如權利要求1所述的一種平流層懸浮充氣平臺太陽能發(fā)電站，其特征是主纜繩(3) 上端大下端小。
專利摘要一種平流層懸浮充氣平臺太陽能發(fā)電站，主要由充氣平臺、太陽能電池、主纜繩、太陽能電池輸出線、支纜繩、線路夾具、換流站、交流輸出線路、地面纜繩固定點組成，該電站充氣平臺上安裝有太陽能電池，主纜繩一端連接于充氣平臺下面的支纜繩，另一端固定在地面纜繩固定點上，電流經輸出線送到地面的換流站變?yōu)榻涣骱?，由交流輸出線路送出，太陽能電池輸出線固定在主纜繩的線路夾具上，主纜繩采用上端大下端小的形狀，該電站克服了地面太陽能電站受氣候因素影響大和需要占用土地的缺點，為人類利用近空太陽能解決能源和環(huán)境問題提供了解決方案。
文檔編號H02N6/00GK201781447SQ201020536850
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者任永斌 申請人:任永斌